3 Проектирование профиля железной дороги

3.1 Элементы трасс железных дорог

Прямолинейные участки и вертикальные круговые кривые называются элементами профиля[5]. Прямолинейные участки характеризуются наклоном к горизонтальной плоскости и длиной. Наклон элемента принято определять уклоном i, который представляет собой отношения превышения h (м) к 1 км и горизонтального положения L (рис.3.1) и определяется по формуле (2.13).

Уклоны измеряются в тысячных долях – промилях (‰).

Уклон элемента по которому поезд движется на подъем, считается положительным, на спуск – отрицательным. Подъем и спуск – относительные понятия. Элементы с уклоном i = 0 называется площадками. Точка пересечение двух соседних прямолинейных элементов называется переломом профиля. Перелом профиля характеризуется алгебраической разностью уклонов i =i₂ -i₁ и принимается обычно по модулю i = i₂ -i₁ Поэтому i правильно называть модулем алгебраической разности уклонов, однако для краткости называют ее разностью уклонов, имея в виду модуль.

Вертикальные кривые характеризуются параметрами R_B, α_B, K_B, T_B, Б_В (рис.3.2). С практически приемлемой точностью α_B= i/1000.

Длина вертикальной кривой K_B = R_B i /1000. Тангенс вертикальной кривой T_B = R_B i /2000. Биссектриса вертикальной кривой Б_В = T /2 R_B.

В тех случаях, когда Б_В 1 см, вертикальную кривую можно не устраивать.

Рисунок 3.1 - Перелом продольного профиля

Трасса железной дороги – это продольная ось железнодорожного пути на уровне бровок основной площадки земляного полотна.

Продольный профиль железной дороги представляет собой развернутую на плоскость вертикальную цилиндрическую поверхность, проходящую через трассу. Изображение на этой развертке называется проектной линией продольного профиля. Элементы проектной линии продольного профиля кратко называют элементами продольного профиля.

План трассы – это проекция трассы на горизонтальную плоскость. План состоит из отрезков прямых, пересекаемых под разными углами и сопрягаемых криволинейными участками пути. Элементы продольного профиля и плана иногда называют элементами трассы.

Рисунок 3.2 - Вертикальная кривая

Продольный профиль и план железной дороги должны обеспечивать безопасность движения поездов установленной массы с наибольшими допустимыми скоростями, т.е. должны быть исключены возможность схода подвижного состава с рельсов и разрывы сцепных приборов в движущихся поездах. Для этого продольные и поперечные силы R, возникающие в поезде, не должны превышать допускаемых значений: R R_доп.

При проектировании продольного профиля и плана необходимо обеспечить бесперебойность движения поездов, для чего должны быть предотвращены снежные и песчаные заносы, остановки поездов на участках с повышенным сопротивлением движению.

Горизонтальный элемент профиля (i =0) называют площадкой, границу смежных элементов – переломом профиля, расстояние между смежными переломами – длиной элемента.

3.2Уклоны продольного профиля

Руководящим уклоном называется наибольший уклон неограниченного протяжения, на котором при движении на подъем грузового поезда расчетной массы с принятым на данной линии типом локомотива скорость поезда устанавливается равной расчетной для данного типа локомотива. От крутизны руководящего уклона зависят длина линии, объемы строительных работ и эксплуатационные показатели. Чем круче руководящий уклон, тем короче может быть трасса железной дороги на участках преодоления высотных препятствий, а следовательно меньше строительная стоимость дороги. Руководящий уклон выбирается при проектировании железной дороги с учетом рельефа района проектирования и размеров перевозок во взаимосвязи с выбором типа локомотива и полезной длины приемоотправочных путей и руководящими уклонами примыкающих железных дорог[3].

Уклон кратной тяги i_кр – уклон, по которому поезд движется с расчетной скоростью, ведомый двумя или несколькими локомотивами (рис.3.3).

Равнодействующая всех сил приложенных к поезду при постоянной скорости равна нулю.

R= nF_к(р) – nP(w + i_кр)=0. (3.1)

Уклон кратной тяги

i_кр= (3.2)

Рисунок 3.3 - Уклон кратной тяги

Уравновешенный уклон – это руководящий уклон в направлении с меньшими размерами перевозок, он всегда круче руководящего. Поскольку размеры перевозок различаются по направлениям, то при одном и том же числе поездов «туда» и «обратно» масса поезда в направлении с небольшими размерами перевозок будет меньше. Условно будем называть это направление «обратно». «Облегченный» поезд массы Q_обр локомотив сможет вести по более крутому уравновешенному уклону. Величину i_ур найдем из условия равенства нулю равнодействующей, приложенной к поезду (рис.3.4). т.е. R = F_к(р) – Р(w + i_ур) – Q_обр (w + i_ур) =0.

Откуда

i_ур= (3.3)

Инерционный уклон i_j – уклон круче руководящего, преодолеваемый поездом с использованием запасов кинетической энергии (с разгона).

Рисунок 3.4 - Уравновешенный уклон

Инерционным называется уклон круче руководящего, преодолеваемый при движении на подъем за счет работы силы тяги локомотива и использования кинетической энергии поезда. Такой уклон может быть применен в том случае, когда участок, предшествующий подъему представляет собой спуск, на котором поезд достигает большой скорости, приобретая при этом значительную кинетическую энергию.

В случае торможения часть механической энергии поезда переходит в тепловую энергию тормозных колодок, трущихся о колеса локомотивов и вагонов, или в тепловую энергию реостатов. Поэтому участки спусков, на которых применяется такое торможение, называются вредными спусками. Спуски, при движении по которым не применяется торможение, приводящее к переходу механической энергии в тепловую, называются безвредными спусками.

При строительстве железной дороги для уменьшения объема земляных работ и по искусственным сооружениям желательно проектировать продольный профиль элементами такой длины и крутизны, чтобы проектная линия в наибольшей мере соответствовала очертанию поверхности земли по направлению трассы. В этом случае под поездом может быть несколько переломов профиля, причем разных знаков.

Прямолинейные участки и вертикальные круговые кривые называются элементами профиля. Длина элемента профиля L между локальными переломами и разность уклонов смежных элементов взаимосвязаны и зависят от радиуса сопрягающей кривой R.